O ar que entra na turbina é “acelerado” por meio de uma reação química, por meio de uma mistura entre o combustível e oxigênio, injetada na câmara, e uma ignição. Dessa forma, o ar sai a uma velocidade maior, gerando uma força que “empurra” o avião. Como a boca de saída da turbina é menor do que a boca de absorção do ar, com a explosão criada na mistura pela ignição, é gerada uma pressão. Essa pressão é o que ocasiona a força, que é diretamente proporcional à vazão mássica de ar acelerado, e a diferença de velocidade dele entre a entrada e a saída da turbina.
As turbinas aeronáuticas tomam emprestado o termo turbina, embora ele não seja o mais apropriado. De fato, dentro de um motor aeronáutico, existe um ciclo Brayton completo, o que inclui um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina propriamente dita. Após a turbina ainda pode haver um pós-queimador e um bocal convergente, ou convergente-divergente.
O ar admitido na turbina passa pelo compressor no qual sofre um aumento de temperatura e pressão. Este ar comprimido é admitido numa câmara de combustão, na qual, sua temperatura aumenta rapidamente num processo isobárico. Na saída da câmara de combustão, os gases quentes e a grande pressão são direcionados para uma turbina, normalmente de múltiplos estágios e ligada ao compressor por um eixo. Nela parte da energia dos gases é extraída para mover o compressor. Contudo os gases ainda saem com grande temperatura e velocidade de modo a impulsionar o avião
Tipos de Turbinas Aeronáuticas
As turbinas costumam ser classificadas em 4 tipos distintos:
• Turbohélice: tem todas as partes citadas menos o bocal. Neste caso a turbina não tem a finalidade apenas de gerar potência para mover o compressor, mas também, de fornecer a potência para o propulsor (ou hélices).
• Turbojatos: tem a configuração básica descrita acima. Atualmente seu uso está sendo reduzido em favor do turbofan, mais eficiente e silencioso. Nas versões militares é comum serem encontrados modelos com pós-queimadores. O objetivo do pós queimador é aumentar a potência da turbina em certas situações mais críticas. O princípio consiste em injetar e queimar uma quantidade adicional de combustível no duto de descarga, após a turbina. Isto é possível, pois ainda há uma grande quantidade de oxigênio nestes gases de escape. A grande vantagem é se aproveitar parte da energia térmica de saída dos gases para vaporizar e fazer a ignição do combustível extra. Quando o combustível é queimado há um aumento ainda maior da temperatura dos gases e com isso ocorre sua expansão. Uma vez que a área da seção de saída não aumenta, para que este volume maior de gases escape precisa acelerar para uma velocidade maior. Com isto gera-se um empuxo extra. Contudo os pós-queimadores tem pouca eficiência e aumentam muito o consumo de combustível. Só é usado para fornecer uma potência extra, que por via normal, só seria obtida com o uso de uma turbina maior. Por esta razão seu acionamento só se justifica em situações especiais como decolagens em pistas curtas e manobras de combate.
• Turbofans (ao pé da letra: ventilador turbo): tem a mesma configuração do turbojato, mas com a adição de um ventilador de grande diâmetro que fica na entrada da turbina. Parte do fluxo de ar impelido por ele vai para o compressor e parte passa por fora da carcaça da turbina. Suas vantagens são: melhoria do resfriamento, aumento da eficiência e redução de ruído. Este último fator é uma das razões por que os novos turbofans são muito mais silenciosos que os antigos turbojatos. O ar que passa por fora, ao se misturar com o ar da saída da turbina suprime parte do ruído. Também podem ser usados em aviões militares sub-sônicos.
• Propfans (sem tradução):
Vídeo Montagem.
Vídeo como funciona.
Autor: Instituto de Engenharia
